ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Сварные соединения аустенитных сталей из "Сварные конструкции паровых и газовых турбин " Сварные конструкции из аустенитных сталей нашли свое применение в узлах паровых и газовых турбин в связи с повышением рабочей температуры выше 580—600°. По своей жаропрочности при температурах выше 600° они заметно превосходят другие классы сталей (фиг. 8). Несмотря на относительно небольшой срок их использования, в настояш ее время имеется богатый опыт выполнения уникальных конструкций из аустенитных сталей. [c.34] Аустенитные стали, применяемые в сварных конструкциях стационарных энергоустановок (табл. 5), могут быть по своей свариваемости условно разбиты на две группы. К первой из них можно отнести стали на рабочую температуру до 630—650°, у которых содержание хрома превышает содержание никеля или близко к нему. Эта наиболее распространенная в энергетике группа сталей нашла широкое применение в сварных конструкциях паровых турбин GBК-150 (Tpag — 550—580°) и газовых турбинах типа ГТ-12-3, ГТ-700-4, ГТ-25-700 и др. Вторая группа, к которой принадлежат более высоколегированные аустенитные стали и сплавы ( r/Ni 1), намечена к использованию в сварных конструкциях паровых и газовых турбин при температуре изделий 650° и выше. [c.34] Аустенитные стали, вследствие отсутствия фазовых превращений в процессе сварки, не склонны к образованию хрупких закаленных участков в зоне термического влияния. Поэтому их сварка выполняется, как правило, без подогрева. Лишь для сварки сталей с относительно высоким уровнем углерода (свыше 0,25-н0,30%) рекомендуется использование подогрева при сварке [28], [29]. [c.35] Одним из основных факторов, определяющих свариваемость аустенитных сталей, является склонность аустенитного металла шва к горячим (кристаллизационным) трещинам при сварке. Эти трещины, природа которых до настоящего времени полностью не выяснена, наиболее часто встречаются в швах, имеющих чисто аустенитную структуру без выделений второй фазы (фиг. 13). Поэтому одним из наиболее эффективных средств борьбы с горячими трещинами является переход к двухфазной структуре металла шва. В качестве второй фазы наиболее часто используется ферритная фаза. Аусте-нитно-ферритный двухфазный металл шва (фиг. 13, б), обеспечиваемый при использовании наиболее широко применяемых в настоящее время электродов (табл. 6), в отличие от чисто аустенитного металла шва, не склонен в условиях сварки к горячим трещинам и обладает высокой технологической прочностью даже при выполнении жестких швов большой толщины. По уровню жаропрочности швы, выполненные аустенитно-ферритными электродами, приближаются к аустенитным сталям первой группы. Длительная прочность сварных соединений аустенитных сталей первой группы также в большинстве случаев близка к соответствующим показателям для основного металла. [c.35] Другим ограничением при использовании аустенитно-ферритных швов является необходимость выдерживания содержания феррита в весьма узких пределах (около 2—5%). В металле шва с содержанием феррита меньше 2% возможно появление горячих треш.ин содержание феррита более 5% приводит к охрупчиванию металла шва в процессе термической обработки или эксплуатации при высоких температурах вследствие образования хрупкой т-фазы. Поэтому аустенитно-ферритные электроды имеют, как правило, переменный состав покрытия, меняющ,ийся в зависимости от содержания легирующих элементов в сварочной проволоке данной партии [30]. Необходимость выдерживания содержания феррита в таких узких пределах ограничивает также возможность применения автоматической сварки под флюсом или сварки в защитных газах, так как для указанных методов сварки дополнительное легирование металла шва для обеспечения заданного уровня феррита затруднительно. [c.36] В практике сварных конструкций могут встречаться также разнородные сварные соединения аустенитных сталей первой и второй групп между собой. В этих случаях целесообразно для большинства сочетаний свариваемых сталей использовать электроды, предназначенные для сварки сталей второй группы. Применение наиболее распространенных аустенитно-ферритных электродов для сварки между собой аустенитных сталей первой и второй групп нежелательно из-за опасности образования трещин в первых слоях, примыкающих к более легированной стали. [c.39] При сварке литых аустенитных однофазных сталей (ЛА1, ЛАЗ) основной трудностью является получение сварных соединений, свободных от трещин в околошовной зоне [37 ], [38 ], [39 ]. Эти трещины, идущие по границам зерен основного металла вблизи зоны сплавления (фиг. 14, а), являются следствием низкой межкристаллической прочности чисто аустенитной литой стали при температурах, близких к температуре солидуса. Возникающие в процессе местного сварочного нагрева высокие сварочные напряжения при наличии низкой прочности границ зерен приводят к образованию трещин. [c.40] Имеется ряд технологических мероприятий, позволяющих снизить вероятность образования околошовных трещин в сварных соединениях литых аустенитных сталей. К ним следует отнести проковку свариваемых кромок [40], ведение процесса сварки электродами малого диаметра и ряд других. Эти мероприятия, однако не гарантируют полностью отсутствия трещин в околошовной зоне чисто аустенитных литых сталей. [c.40] Для сварных конструкций ряда аустенитных сталей, работающих при воздействии высоких напряжений изгиба, характерны разрушения в районе зоны сплавления, возникающие в процессе эксплуатации. Трещины (фиг. 15) идут по зоне сплавления или по границам зерен основного металла вблизи нее и могут достигать значительной величины, полностью пересекая все сечения стыка. Подобный вид разрушения наиболее часто встречается в сварных стыках толстостенных паропроводов, работающих под воздействием значительных напряжений изгиба из-за недостаточной компенсации температурных удлинений паропровода [16], [17]. В отдельных случаях подобные трещины могут возникать и в процессе термической обработки жестких конструкций со швами большой толщины. [c.40] Природа подобных трещин в районе зоны сплавления до настоящего времени полностью не выяснена. Можно предполагать, что одной из причин, вызывающих эти трещины, является образование субмикродефектов по границам зерен околошовной зоны в условиях нагрева при сварке до температур, близких к температуре плавления. Указанные дефекты являются в дальнейшем очагами начала эксплуатационных разрушений. Вероятно также выделение примесей по границам зерен, ослабляющих их прочность. Развитию подобных трещин может также способствовать неравномерность свойств основного металла и шва, наличие местных ослаблений сечения, вызванных проточками под подкладные кольца в районе стыка, перераспределение углерода и других легирующих элементов в зоне сплавления [17], а также воздействие высоких дополнительных напряжений изгиба. [c.40] Для предварительной оценки чувствительности стали к хрупким разрушениям в зоне сплавления может быть также использована методика нагрева образцов по режиму термического цикла околошовной зоны с определением свойств при разных температурах (методики ИМЕТ-1 и Ренселеровского политехнического института). Как показали испытания по этим методикам, стали, склонные к разрушению в зоне сплавления, имеют явно выраженный провал пластических свойств в зоне температур, приближающихся к максимальной температуре нагрева. В то же время при испытании по этой методике сталей, не склонных к хрупким разрушениям, во всем интервале температур испытания сохраняется относительно высокая пластичность. [c.43] Повышенная чувствительность сварных соединений аустенитных сталей к образованию трещин в процессе эксплуатации при высоких температурах требует также принятия специальных мер для уменьшения концентрации напряжений или деформаций в районе стыка. Поэтому при проектировании сварных конструкций из аустенитных сталей необходимо предусматривать плавное сопряжение свариваемых деталей и отсутствие местных ослаблений в районе сварного стыка. [c.43] Высокая стоимость аустенитных хромоникелевых сталей и наличие в них дефицитного никеля, технологические трудности изготовления из них сварных конструкций, а также возможность снижения работоспособности последних вследствие опасности хрупких разрушений приводят к тому, что за последнее время стремятся применять их лишь в деталях, условия работы которых полностью исключают возможность использования более дешевых и технологичных перлитных и хромистых сталей. Одним из наиболее эффективных путей уменьшения объема применения аустенитных сталей является также переход к сварным конструкциям из разнородных сталей. [c.43] Вернуться к основной статье